(57)【要約】【課題】  所望の向きに結晶配向が揃った高い結晶性を有する圧電体層を備える圧電体デバイスの製造方法、同様の高い結晶性を有する強誘電体層を備える強誘電体デバイスの製造方法等を提供する。【解決手段】  シリコン単結晶基板等の基板１０上にＳｉＯ２等からなる絶縁層１２及び酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）等からなるバッファ層１４を順に形成し、バッファ層１４上にルテニウム酸ストロンチウム（ＳＲＯ）からなる下部電極１６を形成する。この下部電極１６上に自己組織化単分子膜１８ａを形成することで高親和性領域Ａ１及び低親和性領域Ａ２を形成し、高親和性領域Ａ１のみに圧電体層２０を選択的に形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に所定平面形状の圧電体層が形成されてなる圧電体デバイスを製造する圧電体デバイスの製造方法であって、
前記基板上にルテニウム酸ストロンチウムからなる下部電極を形成する工程と、
前記圧電体層を形成するための圧電体材料に対して高い親和性を有する第１領域と、前記第１領域に比して前記圧電体材料に対する親和性が低い第２領域とを前記下部電極上に形成する工程と、
前記下部電極上に前記圧電体材料を供給し、前記第１領域に前記圧電体材料を配置して前記所定平面形状の圧電体層を形成する工程と
を含むことを特徴とする圧電体デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記下部電極は、（１００）配向に形成されることを特徴とする請求項１記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記下部電極の形成に先立って、前記基板上に絶縁層及びバッファ層を順に形成する工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記絶縁層は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、二酸化セリウム（ＣｅＯ２）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、及びＧａ２Ｚｒ２Ｏ７の何れかにより形成され、又はこれらの内の少なくとも２つを積層した構造に形成されることを特徴とする請求項３記載の圧電デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記バッファ層は、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、及び三チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）、並びに層状ペロブスカイト構造を有する化合物の何れかにより形成されることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記第１領域及び前記第２領域が形成された前記下部電極上に前記圧電体材料のミストを供給することにより、前記第１領域に前記所定平面形状の圧電体層を形成することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記第１領域及び前記第２領域が形成された前記下部電極上にＣＶＤ法を用いて前記圧電体材料を堆積させることにより、前記第１領域に前記所定平面形状の圧電体層を形成することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記第１領域及び前記第２領域が形成された前記下部電極上に前記圧電体材料を供給する際に、イオンビームアシスト法を用いて前記第１領域に前記所定平面形状の圧電体層を形成することを特徴とする請求項６又は請求項７記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記イオンビームアシスト法を用いて前記第１領域に前記所定平面形状の圧電体層を形成する工程は、イオンビームアシスト法で第１層を形成する工程と、
イオンビームアシストを止めて前記圧電体材料の供給を継続して第２層を形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項８記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記第１領域に設けられた圧電体材料に対してイオンビームを照射する工程を含むことを特徴とする請求項６又は請求項７記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項１１】
前記イオンビームの照射に先立って、少なくとも前記圧電体材料を脱脂する工程を含むことを特徴とする請求項１０記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一方の領域を、表面修飾膜を用いて形成することを特徴とする請求項１から請求項１１の何れか一項に記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記圧電体材料に対する親和性が前記下部電極よりも高い材料からなる表面修飾膜を用いて前記第１領域を形成することにより、前記第１領域及び前記第２領域を形成することを特徴とする請求項１２記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記圧電体材料に対する親和性が前記下部電極よりも低い材料からなる表面修飾膜を用いて前記第２領域を形成することにより、前記第１領域及び前記第２領域を形成することを特徴とする請求項１２記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項１５】
前記圧電体材料に対する親和性の異なる２種類の表面修飾膜を用い、
前記２種類の表面修飾膜のうち、相対的に高い親和性を有する表面修飾膜により前記第１領域を形成し、相対的に低い親和性を有する表面修飾膜により前記第２領域を形成することを特徴とする請求項１２記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項１６】
前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一方の領域を、前記下部電極上に所定形状のマスク層を形成した後、前記下部電極上に前記表面修飾膜を成膜し、その後前記マスク層を除去することにより形成することを特徴とする請求項１２記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項１７】
前記下部電極上に前記表面修飾膜を成膜し、当該表面修飾膜における所望部分を除去することにより前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一方の領域を形成することを特徴とする請求項１２記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項１８】
前記下部電極上に前記表面修飾膜を成膜し、当該表面修飾膜における所望部分の表面特性を選択的に改質することにより前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一方の領域を形成することを特徴とする請求項１２記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項１９】
電子線、イオンビーム、及び光の少なくとも１つを前記表面修飾膜に照射することにより前記表面修飾膜の除去又は表面特性の改質を行うことを特徴とする請求項１７又は請求項１８記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項２０】
前記光の波長は、２５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１９記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項２１】
所定の転写形状を有する転写型を用い、前記転写型の転写面に前記表面修飾膜を成膜した後、当該表面修飾膜を前記下部電極上の所定領域に転写することにより前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一方の領域を形成することを特徴とする請求項１２記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項２２】
前記表面修飾膜の前記下部電極への転写を、マイクロコンタクトプリンティングにより行うことを特徴とする請求項２１記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項２３】
前記表面修飾膜として、自己組織化単分子膜を用いることを特徴とする請求項１２から請求項２２の何れか一項に記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項２４】
前記自己組織化単分子膜として、有機珪素化合物及びチオール化合物の少なくとも一方を含むものを用いることを特徴とする請求項２３記載の圧電体デバイスの製造方法。
【請求項２５】
基板上に所定平面形状の強誘電体層が形成されてなる強誘電体デバイスを製造する強誘電体デバイスの製造方法であって、
前記基板上にルテニウム酸ストロンチウムからなる下部電極を形成する工程と、
前記強誘電体層を形成するための強誘電体材料に対して高い親和性を有する第１領域と、前記第１領域に比して前記強誘電体材料に対する親和性が低い第２領域とを前記下部電極上に形成する工程と、
前記下部電極上に前記強誘電体材料を供給し、前記第１領域に前記強誘電体材料を配置して前記所定平面形状の強誘電体層を形成する工程と
を含むことを特徴とする強誘電体デバイスの製造方法。
【請求項２６】
前記下部電極は、（００１）配向又は（１１１）配向に形成されることを特徴とする請求項２５記載の強誘電体デバイスの製造方法。
【請求項２７】
前記第１領域及び前記第２領域が形成された前記下部電極上に前記強誘電体材料のミストを供給することにより、前記第１領域に前記所定平面形状の強誘電体層を形成することを特徴とする請求項２５又は請求項２６に記載の強誘電体デバイスの製造方法。
【請求項２８】
前記第１領域及び前記第２領域が形成された前記下部電極上にＣＶＤ法を用いて前記強誘電体材料を堆積させることにより、前記第１領域に前記所定平面形状の強誘電体層を形成することを特徴とする請求項２５又は請求項２６に記載の強誘電体デバイスの製造方法。
【請求項２９】
前記第１領域及び前記第２領域が形成された前記下部電極上に前記強誘電体材料を供給する際に、イオンビームアシスト法を用いて前記第１領域に前記所定平面形状の強誘電体層を形成することを特徴とする請求項２７又は請求項２８記載の強誘電体デバイスの製造方法。
【請求項３０】
前記イオンビームアシスト法を用いて前記第１領域に前記所定平面形状の強誘電体層を形成する工程は、イオンビームアシスト法で第１層を形成する工程と、
イオンビームアシストを止めて前記強誘電体材料の供給を継続して第２層を形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項２９記載の強誘電体デバイスの製造方法。
【請求項３１】
前記第１領域に設けられた前記強誘電体材料に対してイオンビームを照射する工程を含むことを特徴とする請求項２７又は請求項２８記載の強誘電体デバイスの製造方法。
【請求項３２】
前記イオンビームの照射に先立って、少なくとも前記強誘電体材料を脱脂する工程を含むことを特徴とする請求項３１記載の強誘電体デバイスの製造方法。
【請求項３３】
請求項１から請求項２４の何れか一項に記載の圧電体デバイスの製造方法により製造された圧電体デバイスを備えたことを特徴とする液滴吐出ヘッド。
【請求項３４】
請求項１から請求項２４の何れか一項に記載の圧電体デバイスの製造方法により製造された圧電体デバイス又は請求項２５から請求項３２何れか一項に記載の強誘電体デバイスの製造方法により製造された強誘電体デバイスを備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電体デバイス及び強誘電体デバイスの製造方法、並びに液滴吐出ヘッド及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電体デバイスの一種である圧電体素子は、多結晶体からなる圧電体層と、この圧電体層を挟んで配置される上部電極及び下部電極とを備えた構造であり、上部電極と下部電極との間に電圧を印加して圧電体層に生ずる応力を利用した素子である。また、強誘電体デバイスの一種である強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）は、強誘電体層と、この強誘電体層を挟んで配置される上部電極及び下部電極とを備えた構造であり、強誘電体層が有する強誘電性によって上部電極及び下部電極に電荷が長期間蓄えられる性質を利用した不揮発性メモリである。上部電極及び下部電極の材料としては、Ｐｔ（プラチナ）、Ｉｒ（イリジウム）等の貴金属が用いられ、圧電体層及び強誘電体層の材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）が用いられる。
【０００３】
これらの圧電体デバイス及び誘電体デバイスは、一般的にＳｉ（シリコン）等の基板上においてフォトリソグラフィー技術を用いて上部電極、下部電極、及び圧電体層又は強誘電体層を所定形状にパターニングすることで形成されていた。圧電体層は、例えば以下の工程を経てパターニングされる。まず、基板上の全面に圧電体層を形成した後で圧電体層の上面にレジストを塗布する。次に、レジストを所望の形状にパターニングしてレジストパターンを形成した後、レジストパターンをマスクとしてエッチング等によって圧電体層の不要な部分を除去する。最後にレジストパターンを剥離することで、所望形状のパターンを有する圧電体層を得ている。尚、上部電極、下部電極、及び強誘電体層についても同様の工程でパターニングが行われる。
【０００４】
しかしながら、上述の通りフォトリソグラフィー技術を用いたパターニングは、材料の使用効率が悪く、また工程が煩雑になるため、製造コストの上昇及び製造時間の長時間を招く一因になっているという問題があった。かかる問題を解消すべく、近年においては基板上の所望の領域のみにパターンを選択的に形成する選択成長法が案出されている。例えば、以下の特許文献１には、かかる方法を用いて下部電極、強誘電体層、及び上部電極を選択的に形成して強誘電体メモリを製造する方法が開示されている。
【特許文献１】国際公開第ＷＯ００／０７５９９２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述した選択成長法を用いて圧電体デバイス又は強誘電体デバイスを製造する場合には、下部電極上に圧電体層又は強誘電体層を選択的に形成し、更に圧電体層又は強誘電体層上に上部電極を選択的に形成する必要がある。しかしながら、従来は所望の配向を有する下部電極を形成するのが難しく、この配向性の悪い下部電極上に所望の向きに結晶配向が揃った圧電体層又は強誘電体層を効率的に形成することは困難であるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、所望の向きに結晶配向が揃った高い結晶性を有する圧電体層を備える圧電体デバイスの製造方法、同様の高い結晶性を有する強誘電体層を備える強誘電体デバイスの製造方法、並びに当該圧電体デバイス又は強誘電体デバイスを備え、高い信頼性を有する液滴吐出ヘッド及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の圧電体デバイスの製造方法は、基板上に所定平面形状の圧電体層が形成されてなる圧電体デバイスを製造する圧電体デバイスの製造方法であって、前記基板上にルテニウム酸ストロンチウムからなる下部電極を形成する工程と、前記圧電体層を形成するための圧電体材料に対して高い親和性を有する第１領域と、前記第１領域に比して前記圧電体材料に対する親和性が低い第２領域とを前記下部電極上に形成する工程と、前記下部電極上に前記圧電体材料を供給し、前記第１領域に前記圧電体材料を配置して前記所定平面形状の圧電体層を形成する工程とを含むことを特徴としている。
この発明によれば、下部電極をルテニウム酸ストロンチウムで形成し、この下部電極上の第１領域に所定平面形状の圧電体層を選択的に形成しているため、所望の向きに結晶配向が揃った高い結晶性を有する所望平面形状の圧電体層を得ることができる。また、下部電極をルテニウム酸ストロンチウムで形成することにより下部電極と圧電体層との密着性を高めることができるとともに、圧電体層をなす材質が下部電極に拡散するのを防止することができる。従って、電気特性が良好であり、且つ高い信頼性を有する圧電体デバイスを製造することができる。
また、本発明の圧電体デバイスの製造方法は、前記下部電極が、（１００）配向に形成されることを特徴としている。この発明によれば、下部電極を（１００）配向に形成することで、下部電極上の圧電体層を電圧変位量（印加電圧に対する変形量）が大きな（１００）配向に形成することができる。
また、本発明の圧電体デバイスの製造方法は、前記下部電極の形成に先立って、前記基板上に絶縁層及びバッファ層を順に形成する工程を含むことを特徴としている。
この発明によれば、基板上に絶縁層及びバッファ層を順に形成してから、バッファ層上に下部電極を形成しているため、下部電極の結晶性を高めることができる。
ここで、前記絶縁層は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、二酸化セリウム（ＣｅＯ２）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、及びＧａ２Ｚｒ２Ｏ７の何れかにより形成され、又はこれらの内の少なくとも２つを積層した構造に形成されることが好ましい。
また、前記バッファ層は、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、及び三チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）、並びに層状ペロブスカイト構造を有する化合物の何れかにより形成されることが好ましい。
特に、下部電極をなすルテニウム酸ストロンチウムはペロブスカイト型結晶構造を有しているため、同様の構造を有する材料でバッファ層を形成することにより、下部電極の結晶性を高めることができ、更には下部電極上に形成される圧電体層の結晶性を高めることができる。
また、本発明の圧電体デバイスの製造方法は、前記第１領域及び前記第２領域が形成された前記下部電極上に前記圧電体材料のミストを供給することにより、前記第１領域に前記所定平面形状の圧電体層を形成することを特徴としている。
この発明によれば、下部電極上に供給される圧電体材料がサブミクロンオーダーの液滴であるミストとして供給されるため、第１領域に形成する圧電体層が微細なものであっても、極めて高精度、且つ容易に形成することが可能になる。
また、本発明の圧電体デバイスの製造方法は、前記第１領域及び前記第２領域が形成された前記下部電極上にＣＶＤ法を用いて前記圧電体材料を堆積させることにより、前記第１領域に前記所定平面形状の圧電体層を形成することを特徴としている。
この発明によっても、極めて高精度に微細な圧電体層を、第１領域に選択的に形成することができ、優れた圧電特性を備えた圧電体層を低コストで形成することができる。
また、本発明の圧電体デバイスの製造方法は、前記第１領域及び前記第２領域が形成された前記下部電極上に前記圧電体材料を供給する際に、イオンビームアシスト法を用いて前記第１領域に前記所定平面形状の圧電体層を形成することを特徴としている。
この発明によれば、圧電体層がイオンビームアシスト法を用いて形成されるため、圧電体層の配向性を制御することができるとともに、プロセス温度を低下させることができるため、より高い特性を有する圧電体層を形成することができる。
また、本発明の圧電体デバイスの製造方法は、前記イオンビームアシスト法を用いて前記第１領域に前記所定平面形状の圧電体層を形成する工程は、イオンビームアシスト法で第１層を形成する工程と、イオンビームアシストを止めて前記圧電体材料の供給を継続して第２層を形成する工程とを含むことを特徴としている。
この発明によれば、圧電体層の形成開始時点においてはイオンビームアシスト法を用いて低いプロセス温度で第１層を形成し、途中からイオンビームアシストを止めて圧電体材料の供給を継続することで第２層を形成しているため、低コストで所望の向きに結晶配向が揃った高い結晶性を有する圧電体層を形成することができる。
また、本発明の圧電体デバイスの製造方法は、前記第１領域に形成された前記所定平面形状の圧電体層に対してイオンビームを照射する工程を含むことを特徴としている。
この発明によれば、下部電極上に圧電体層（前駆体）を形成した後で、この圧電体層（前駆体）にイオンビームを照射しているため、低コストで結晶配向が揃った圧電体層を形成することができる。
ここで、前記イオンビームの照射に先立って、少なくとも前記第１領域及び前記第２領域が形成された前記下部電極上を脱脂する工程を含むことが好ましい。
また、本発明の圧電体デバイスの製造方法は、前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一方の領域を、表面修飾膜を用いて形成することを特徴としている。この発明によれば、極めて容易に下部電極の表面特性を制御することが可能になり、エッチング工程を行うことなく所望平面形状の圧電体層を形成することができる。
ここで、上記第１領域及び第２領域は、具体的には以下の第１〜第３の方法で形成される。
第１に、前記圧電体材料に対する親和性が前記下部電極よりも高い材料からなる表面修飾膜を用いて前記第１領域を形成することにより、前記第１領域及び前記第２領域を形成する。
第２に、前記圧電体材料に対する親和性が前記下部電極よりも低い材料からなる表面修飾膜を用いて前記第２領域を形成する。
第３に、前記圧電体材料に対する親和性の異なる２種類の表面修飾膜を用い、前記２種類の表面修飾膜のうち、相対的に高い親和性を有する表面修飾膜により前記第１領域を形成し、相対的に低い親和性を有する表面修飾膜により前記第２領域を形成する。
また、本発明の圧電体デバイスの製造方法は、前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一方の領域を、前記下部電極上に所定形状のマスク層を形成した後、前記下部電極上に前記表面修飾膜を成膜し、その後前記マスク層を除去することにより形成することを特徴としている。
この発明によれば、一般的な半導体製造装置を用いて簡便かつ高精度に上記第１領域及び第２領域を形成することができる。即ち、下部電極上にレジストを形成し、露光処理及び現像処理を行うことで、上記マスク層を容易に形成できる。また、下部電極上に選択配置されるマスク層は、インクジェットノズル等から液体材料を滴下する液滴吐出方式により形成することもできる。
また、本発明の圧電体デバイスの製造方法は、前記下部電極上に前記表面修飾膜を成膜し、当該表面修飾膜における所望部分を除去することにより前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一方の領域を形成することを特徴としている。
この発明によれば、レジストパターン等からなるマスク層を形成することなく、即ちフォトリソグラフィ法等を用いることなく、所望形状の表面修飾膜からなる第１領域又は第２領域を形成することができる。
また、本発明の圧電体デバイスの製造方法は、前記下部電極上に前記表面修飾膜を成膜し、当該表面修飾膜における所望部分の表面特性を選択的に改質することにより前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一方の領域を形成することを特徴としている。
この発明によれば、表面修飾膜の表面特性が改質された領域と改質されない領域との、圧電体材料に対する親和性の差異を利用して圧電体材料の選択配置を行うことができる。また、表面修飾膜の表面特性を簡易かつ高精度に制御できるため、圧電体材料に対する親和性をより高度に制御でき、その結果として圧電体層の平面形状を高い精度をもって所望の形状にすることができる。
また、本発明の圧電体デバイスの製造方法は、電子線、イオンビーム、及び光の少なくとも１つを前記表面修飾膜に照射することにより前記表面修飾膜の除去又は表面特性の改質を行うことを特徴としている。
電子線、イオンビーム、及び光は極めて微小なスポットに集束することができ、そのスポット位置は簡易に且つ高精度に制御することができるため、圧電体層の平面形状を簡易に且つ高精度に制御することができる。従って、本発明によれば極めて微細な圧電体層を簡易に形成することができる。
また、本発明の圧電体デバイスの製造方法は、前記光の波長が、２５０ｎｍ以下であることが好ましい。かかる波長範囲の光を用いれば表面修飾膜をその種類によらず除去することができるため、表面修飾膜の形成領域と非形成領域とを正確に区画でき、もって圧電体層を正確に形成することができる。
また、本発明の圧電体デバイスの製造方法は、所定の転写形状を有する転写型を用い、前記転写型の転写面に前記表面修飾膜を成膜した後、当該表面修飾膜を前記下部電極上の所定領域に転写することにより前記第１領域及び前記第２領域の少なくとも一方の領域を形成することを特徴としている。
この発明によれば、転写型の転写面に形成した表面修飾膜を下部電極表面に転写するため、例えば１つの転写型を繰り返し使用して同一パターンの表面修飾膜を下部電極上に複数形成することができ、表面修飾膜を簡便、且つ効率よく形成することができる。
ここで、前記表面修飾膜の前記下部電極への転写を、マイクロコンタクトプリンティングにより行うことが好ましい。
この発明によれば、凸版印刷の一種であるマイクロコンタクトプリンティング（μＣＰ）により所望パターンの表面修飾膜を下部電極上に形成することができる。
また、本発明の圧電体デバイスの製造方法は、前記表面修飾膜として、自己組織化単分子膜を用いることを特徴としている。
この本発明によれば、自己組織化単分子膜を用いて第１領域又は第２領域を形成しているため、第１領域及び第２領域の形状を極めて高精度に制御することができ、また、かかる領域の親和性の程度を極めて高精度に制御することができる。ここで、自己組織化単分子膜（ＳＡＭｓ：Self-Assembled Monolayers）は、固体表面へ分子を固定する方法であって高配向・高密度な分子層が形成可能な方法である自己組織化（ＳＡ：Self-Assembly）法によって作製される膜である。自己組織化法は、オングストロームオーダで分子の環境及び幾何学的配置を操作できる。
また、自己組織化単分子膜は、作製が簡便であるとともに、分子と下部電極との間に存在する化学結合のために膜の熱的安定性が高く、オングストロームオーダの分子素子を作製する上での重要技術である。また、自己組織化単分子膜は、基本的に自己集合プロセスであり、自発的に微細なパターンを形成することができる。従って、自己組織化単分子膜を用いれば、既存のリソグラフィー法では形成することができない緻密で超微細なパターンの形成が可能になる。
ここで、本発明の圧電体デバイスの製造方法は、前記自己組織化単分子膜として、有機珪素化合物及びチオール化合物の少なくとも一方を含むものを用いることが好ましい。
この本発明によれば、有機珪素化合物（シランカップリング剤）又はチオール化合物を使用して、第１領域又は第２領域を形成する自己組織化単分子膜を作ることができる。チオール化合物とは、メルカプト基（−ＳＨ）を持つ有機化合物（Ｒ１−ＳＨ）の総称である。シランカップリング剤とは、Ｒ２ｎＳｉＸ４−ｎで表される化合物である。特に、Ｒ１又はＲ２がＣｎＦ２ｎ＋１ＣｍＨ２ｍであるようなフッ素原子を有する化合物は、他材料との親和性が低いので上記第２領域を形成する自己組織化単分子膜の材料として好適である。また、メルカプト基又は−ＣＯＯＨを有する化合物は、他材料との親和性が高く、上記第１領域を形成する自己組織化単分子膜の材料として好適である。
上記課題を解決するために、本発明の強誘電体デバイスの製造方法は、基板上に所定平面形状の強誘電体層が形成されてなる強誘電体デバイスを製造する強誘電体デバイスの製造方法であって、前記基板上にルテニウム酸ストロンチウムからなる下部電極を形成する工程と、前記強誘電体層を形成するための強誘電体材料に対して高い親和性を有する第１領域と、前記第１領域に比して前記強誘電体材料に対する親和性が低い第２領域とを前記下部電極上に形成する工程と、前記下部電極上に前記強誘電体材料を供給し、前記第１領域に前記強誘電体材料を配置して前記所定平面形状の強誘電体層を形成する工程とを含むことを特徴としている。
この発明によれば、下部電極をルテニウム酸ストロンチウムで形成し、この下部電極上の第１領域に所定平面形状の強誘電体層を選択的に形成しているため、所望の向きに結晶配向が揃った高い結晶性を有する所望平面形状の強誘電体層を得ることができる。また、下部電極をルテニウム酸ストロンチウムで形成することにより下部電極と強誘電体層との密着性を高めることができるとともに、強誘電体層をなす材質が下部電極に拡散するのを防止することができる。従って、電気特性が良好であり、且つ高い信頼性を有する強誘電体デバイスを製造することができる。
また、本発明の強誘電体デバイスの製造方法は、前記下部電極が、（００１）配向又は（１１１）配向に形成されることを特徴としている。
この発明によれば、下部電極を（００１）配向又は（１１１）配向に形成することで、下部電極上の強誘電体層を（００１）配向又は（１１１）配向に形成することができる。高い誘電率を有する材料は電圧印加により応力が発生することがあるが、これらの配向に形成すれば応力の発生を小さくすることができる。
尚、本発明の強誘電体デバイスの製造方法は、上記の圧電体デバイスの製造方法を応用することができる。例えば、圧電体デバイスにおいては基板上に絶縁層及びバッファ層を形成してから圧電体層を形成していたが、強誘電体デバイスの製造においてもこれらの層を形成し、これらの上に強誘電体層を形成することができる。また、強誘電体層を形成する際にはミストとして強誘電体材料を供給することができ、ＣＶＤにより強誘電体材料を堆積させることができる。このときにイオンビームアシスト法を用いることもできる。更に、第１領域及び第２領域は、自己組織化単分子膜等の表面修飾膜を用いて形成することができる。
本発明の液滴吐出ヘッドは、上記の何れかに記載の圧電体デバイスの製造方法により製造された圧電体デバイスを備えたことを特徴としている。この発明によれば、簡便且つ低コストにて製造され、高性能を有する圧電体デバイスを備えた液滴吐出ヘッドを提供することができる。
本発明の電子機器は、上記の何れかに記載の圧電体デバイスの製造方法により製造された圧電体デバイス又は上記の何れかに記載の強誘電体デバイスの製造方法により製造された強誘電体デバイスを備えたことを特徴としている。この発明によれば、簡便且つ低コストにて製造され、且つ特性に優れる圧電体デバイス又は強誘電体デバイスを有する電子機器が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態による圧電体デバイス及び強誘電体デバイスの製造方法、並びに液滴吐出ヘッド及び電子機器について詳細に説明する。尚、以下の実施形態では主として圧電体デバイスの製造方法について説明するが、強誘電体デバイスも圧電体デバイスと同様の製造方法により製造される点に注意されたい。
【０００９】
〔圧電体デバイスの製造方法〕
本発明に係る圧電体デバイスの製造方法を概説すると以下の通りである。まず、基板上に絶縁層及びバッファ層を順に形成した後、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳＲＯ）からなる下部電極を形成する工程を行う。次に、所定平面形状を有する圧電体層を形成するために、下部電極の表面に圧電体材料に対する濡れ性等が異なる複数の領域を形成する工程を行う。具体的には、圧電体材料に対する親和性を有する第１領域と、この第１領域よりも圧電体材料に対する親和性が低い第２領域とを形成する。
【００１０】
続いて、第１領域と第２領域との親和性の差に起因して生ずる各領域間での圧電体材料の堆積速度の差及び下部電極との間の密着性の差を利用して圧電体材料を選択的に成長させて、所定平面形状の圧電体層を形成する工程を行う。その後、圧電体層上に上部電極を形成する工程を行うことで、圧電体層と、この圧電体層を挟んで配置される上部電極及び下部電極とからなる構造を有する圧電体デバイスが製造される。以下、本発明の圧電体デバイスの製造方法の実施形態について説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態による圧電体デバイスの製造方法を示す工程図である。本実施形態では、まず、図１（ａ）に示す通り、基板１０上に絶縁層１２及びバッファ層１４を形成する工程が行われる。ここで、基板１０は、例えば直径１００ｍｍ、厚さ２００μｍの（１１０）配向シリコン単結晶基板である。絶縁膜１２は、温度が１１００℃程度に設定された炉の中に基板１０を配置し、乾燥酸素を流して２２時間程度熱酸化させることで形成される。この絶縁膜１２は、二酸化珪素（ＳｉＯ２）からなり、膜厚が１μｍ程度に形成される。
【００１２】
尚、酸化膜１２は、上述の熱酸化法以外にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法等の成膜法を用いて形成しても良い。また、絶縁膜１２は、上記の二酸化珪素以外に、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、二酸化セリウム（ＣｅＯ２）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、並びにＧａ２Ｚｒ２Ｏ７の何れかにより形成しても良く、又はこれらの内の少なくとも２つを積層した構造（例えば、二酸化セリウムとイットリア安定化ジルコニアとの積層構造）に形成しても良い。
【００１３】
基板１０上に絶縁層１２を形成すると、次に酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）からなるバッファ層１４を形成する工程が行われる。バッファ層１４は、後で形成される下部電極の配向性向上を図るためのものであり、例えばイオンビーム照射を伴ったレーザ・アブレーション法を用いて以下の通り形成される。まず、絶縁膜１２が形成された基板１０を不図示の基板ホルダーに装填して真空装置内に設置する。この真空装置内には、基板１０に対向してバッファ層１４を形成するための構成元素を含むバッファ層用ターゲットが所定距離だけ離間して配置されている。尚、詳細は後述するが、この真空装置内にはバッファ層用ターゲット以外に、下部電極１６の構成元素を含む下部電極用ターゲットも所定距離だけ離間して配置されている。
【００１４】
次いで、例えばレーザ光をバッファ層用ターゲットに照射すると、バッファ層用ターゲットから酸素原子及び金属原子を含む原子が叩き出されてプルームが発生し、絶縁膜１２（基板１０）上に接触するようになる。また、これとほぼ同時に、絶縁膜１２の表面に対して、イオンビームを所定角度傾斜させて照射する。これによって、絶縁膜１２上に表面に垂直な方向及び表面に平行な方向ともに配向（面内配向）したバッファ層１４が形成される。
【００１５】
尚、上記の原子をバッファ層用ターゲットから叩き出す方法としては、レーザ光をバッファ層用ターゲット表面へ照射する方法以外に、例えばアルゴンガス（不活性ガス）プラズマ、電子線等をバッファ層用ターゲット表面へ照射（入射）する方法を用いることもできる。また、絶縁膜１２の表面に対するイオンビームの照射角度は、特に限定されないが、４２〜４７°程度とするのが好ましい。このような照射角度でイオンビームを絶縁膜１２の表面に照射することにより、立方晶（１００）配向で、且つ面内配向した（二軸配向した）バッファ層１４を形成することができる。
【００１６】
酸化ストロンチウムは、界面の密着性を確保するため、また潮解性を有しているため膜厚が薄いことが好ましい。このため、バッファ層１４の厚みは、例えば１０ｎｍ又はそれ以下の厚みに形成される。また、バッファ層１４は、上記の酸化ストロンチウム以外に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、及び三チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）、並びに層状ペロブスカイト構造を有する化合物の何れかにより形成しても良い。ここで、層状ペロブスカイト構造を有する化合物としては、例えばＹＢＣＯ（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ）が挙げられる。更に、バッファ層１４は、レーザ・アブレーション法に限らず、スパッタ法等の公知のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition：物理気相成長法）によって形成してもよい。
【００１７】
絶縁層１２及びバッファ層１４を形成すると、次に図１（ｂ）に示す通り、バッファ層１４上に下部電極１６を形成する工程が行われる。下部電極１６は、その上部に形成される圧電体層に電圧を印加するための一方の電極であり、基板１０上に形成される複数の圧電体層に共通な電極として機能するように形成される。下部電極１６は、（１００）配向のルテニウム酸ストロンチウム（ＳＲＯ）により構成される。ＳＲＯは、ペロブスカイト構造をとり、Ｓｒｎ＋１ＲｕｎＯ３ｎ＋１（ｎは１以上の整数）で表される。ｎ＝１のときにＳｒ２ＲｕＯ４となり、ｎ＝２のときＳｒ３Ｒｕ２Ｏ７となり、ｎ＝∞のときＳｒＲｕＯ３となる。本実施形態においては、導電性及び圧電体層の結晶性を高めるためＳｒＲｕＯ３とすることが最も好ましい。
【００１８】
下部電極１６の形成は、バッファ層１４を形成したときに用いた真空装置を用いて、例えばレーザ・アブレーション法で形成される。但し、下部電極１６を形成するときには、真空装置内に設けられる下部電極用ターゲットに対してレーザ光を照射して酸素原子及び各種金属原子を含む原子のプルームを発生させ、このプルームをバッファ層１４の表面（上面）に接触させてバッファ層１４上にペロブスカイト構造を有する金属酸化物をエピタキシャル成長させることで下部電極１６を形成する。尚、必要に応じて、バッファ層１４を形成する場合と同様に、イオンビームを照射しつつ下部電極１６を形成するようにしてもよい。これにより、より効率良く下部電極１６を形成することができる。
【００１９】
尚、下部電極１６の形成における各条件は、各種金属原子が、所定の比率（即ち、ペロブスカイト構造を有する金属酸化物における組成比）で、バッファ層１４上に到達し、且つ下部電極１６がエピタキシャル成長し得るものであれば良い。また、下部電極１６の結晶性を高めるにはレーザ・アブレーション法を用いることが好ましいが、下部電極１６はＭＯＣＶＤ法、スパッタ法等の方法により形成することもできる。
【００２０】
下部電極１６の形成が完了すると、次に図１（ｃ）に示す通り、下部電極１６の表面に部分的に表面修飾膜としての自己組織化単分子膜１８ａを形成する。これにより、圧電体材料に対する親和性において、下部電極１６の表面より低い親和性を有する低親和性領域（第２領域）Ａ２が形成され、この自己組織化単分子膜１８ａの形成領域以外の下部電極１６の表面が、圧電体材料に対して相対的に高い親和性を有する高親和性領域（第１領域）Ａ１となる。
【００２１】
自己組織化単分子膜は、例えば以下の通りの方法で形成する。まず、下部電極１６の表面を洗浄する。次に、チオール類の数μ〜数十μｍｏｌ／ｌエタノール溶液に、所定時間侵漬し、自己組織化単分子膜を作成する。その後、エタノール、純水の順に下部電極１６表面を洗浄する。必要であれば、下部電極１６表面を窒素雰囲気化で乾燥させる。以上で下部電極１６の全面に自己組織化単分子膜が形成される。次に、下部電極１６の表面における低親和性領域Ａ２となる部分全体上に、下部電極１６より圧電体材料に対する親和性の低い自己組織化単分子膜１８ａをパターン形成することで、所望パターンの低親和性領域Ａ２を形成する。この自己組織化単分子膜１８ａは、後続の工程で基板上に供給される圧電体材料の基板への付着を防止し得るものである。
【００２２】
自己組織化単分子膜１８ａは、下部電極１６の構成元素と反応可能な結合性官能基と、それ以外の直鎖分子とからなり、この直鎖分子の相互作用により極めて高い配向性を有する化合物を形成した膜である。この膜は、単分子を配向させていることから膜厚を極めて薄くすることができ、しかも分子レベルで均一な膜となる。このような構造により、膜表面には同じ分子が配列されることとなり、下部電極１６の表面に均一かつ優れた選択性を付与することが可能になる。
【００２３】
このような特性を備えた自己組織化単分子膜１８ａは、例えばシランカップリング剤（有機珪素化合物）やチオール化合物を用いて形成することができる。チオール化合物とは、メルカプト基（−ＳＨ）を持つ有機化合物（Ｒ１−ＳＨ）の総称をいう。シランカップリング剤とは、Ｒ２ｎＳｉＸ４−ｎで表される化合物である。特に、Ｒ１又はＲ２がＣｎＦ２ｎ＋１ＣｍＨ２ｍであるようなフッ素原子を有する化合物は、他材料との親和性が小さく、低親和性領域を形成する材料として好適である。
【００２４】
次に、図１（ｄ）に示す通り、下部電極１６の表面における自己組織化単分子膜１８ａからなる低親和性領域Ａ２以外の部分（即ち、高親和性領域Ａ１）に圧電体材料を配置することで圧電体層２０を形成する工程が行われる。本実施形態では、圧電体層２０の構成物質を含む材料の溶液をミストにして下部電極１６上に供給することにより、高親和性領域Ａ１上に選択的に圧電体材料（溶液）を付着させて圧電体層２０を形成している。溶液をミストで供給するには、例えば、液体を噴射して壁に衝突させ、飛散したミストをキャリアガスで搬送するインジェクション法や、超音波により飛散させたミストを搬送する方法が適用できる。ここで、上記の溶液としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）からなる圧電体層２０を形成する場合には、ＰＺＴを酢酸系溶媒に溶かした溶液を用いることができる。
【００２５】
この酢酸系溶媒は以下の方法で作製することができる。まず、酢酸鉛・三水和物（Ｐｂ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・３Ｈ２Ｏ）、ジルコニウムアセチルアセトナート（Ｚｒ（ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＨ３）４）及び酢酸マグネシウム・三水和物（Ｍｇ（ＣＨ３ＣＯＯ）２・３Ｈ２Ｏ）を、酢酸を溶媒として攪拌する。初期は室温で攪拌し、次いで１００℃程度の雰囲気下で１０分から２０分間程度攪拌し、室温下で冷却する。次いでチタニウムテトライソプロポキシド（Ｔｉ（Ｏ−ｉ−Ｃ３Ｈ７）４）及びペンタエトキシニオブ（Ｎｂ（ＯＣ２Ｈ５）５）を加えて攪拌する。更に、ブトキシエタノール（Ｃ４Ｈ９ＯＣ２Ｈ４ＯＨ）を加えて室温下で５分間程度攪拌する。３％塩酸アルコールを加えて室温下で５分間程度攪拌する。更にアセチルアセトン（ＣＨ３ＣＯＣＨ２ＣＯＣＨ３）を加えて室温にて６０分間程度攪拌する。最後に、ポリエチレングリコール（ＨＯ（Ｃ２Ｈ４）ｎＨ）を加えて室温下で５分間程度攪拌する。以上の工程によって酢酸系溶媒が完成する。但し、溶媒等はこれに限るものではない。
【００２６】
そして、例えば上記の酢酸系溶媒をミストにして下部電極１６上に供給する。すると、下部電極１６上に塗布された酢酸系溶媒は、自己組織化単分子膜１８ａ上からは弾き出される作用（力）を受けて低親和性領域Ａ２以外の部分に集められる、又は低親和性領域Ａ２以外の部分から外に出ることを抑制される作用（力）を受ける。従って、下部電極１６の全面に亘って酢酸系溶媒（圧電体材料）を供給しても、また、低親和性領域Ａ２以外の部分に酢酸系溶媒を供給しても、その溶媒は低親和性領域Ａ２以外の部分全体（高親和性領域Ａ１）上に正確に充填されることとなる。ここで、酢酸系溶媒をサブミクロンオーダーの液滴であるミストとして供給しているため、第１領域に形成する圧電体層が微細なものであっても、極めて高精度、且つ容易に形成することができる。
【００２７】
下部電極１６上に酢酸系溶媒（圧電体材料の溶液）を付着させたならば、一定温度（例えば１８０℃）で一定時間（例えば１０分間程度）乾燥させる。この乾燥工程により溶媒であるブトキシエタノールが蒸発する。乾燥後、更に大気中で所定の高温（例えば４００℃）で一定時間脱脂する。脱脂により金属に配位している有機配位子が熱分解され、金属が酸化されて金属酸化物となる。この付着→乾燥→脱脂の各工程を所定回数、例えば８回繰り返して８層のセラミックス層を積層する。これらの乾燥や脱脂により溶液中の金属アルコキシドが加水分解、重縮合され金属−酸素−金属のネットワークが形成される。
【００２８】
上記付着→乾燥→脱脂の工程を繰り返し行う場合において、所定数積層後に圧電体層２０の結晶化を促進し、圧電特性を高めるための熱処理を行うこともできる。例えば、８層積層の圧電体層２０を形成する場合に、４層積層後に酸素雰囲気下で、６００℃×５分間、及び７２５℃×１分間の高速熱処理（ＲＴＡ）を行う。更に、８層積層後に、酸素雰囲気下で、６５０℃×５分間、及び９００℃×１分間のＲＴＡを行う。このような熱処理を行うことで、圧電体層２０中に含まれるアモルファス相を結晶化することができる。
【００２９】
以上の工程により、下部電極１６上に選択的に１〜２μｍ程度範囲の厚みを有する圧電体層２０を形成することができる。ここで、圧電体層２０はＳＲＯからなる下部電極１６の結晶構造の影響を受けて結晶成長する。本実施形態では（１００）配向の下部電極１６上に圧電体層２０を形成するため、圧電体層２０を電圧変位量（印加電圧に対する変形量）が大きな（１００）配向に形成することができる。また、本実施形態では、ＳＲＯからなる下部電極１６上に圧電体層２０を形成しているため、結晶配向が揃った高い結晶性を有する圧電体層２０にすることができる。更に、下部電極１６をなすＳＲＯと圧電体層２０をなすＰＺＴとは共にペロブスカイト型結晶構造を有しているため、下部電極１６と圧電体層２０との密着性を高めることができるとともに、圧電体層２０をなす材質（例えば、Ｐｂ）が下部電極１６に拡散するのを防止することができる。従って、電気特性が良好であり、且つ信頼性を高めることができる。また、本実施形態においては、圧電体層２０はエッチング工程を行うことなく形成されおり、極めて簡便に所定形状の圧電体層２０を形成することができる。
【００３０】
尚、以上説明した実施形態においては、酢酸系溶媒をミストにて下部電極１６上に供給する場合を説明したが、酢酸系溶媒を下部電極１６上に供給する方法としては、スピンコート法やディップ法等の液体を直接下部電極１６上に塗布する方法、又はインクジェットノズル等から液体を吐出して直接下部電極１６上に供給する液滴吐出方法を用いることもできる。また、下部電極１６上への圧電体材料の供給には、ＰＶＤ法やＣＶＤ法等の気相法を用いることもできる。尚、気相法を用いる場合、圧電体層２０を構成する材料の気体やプラズマを下部電極１６上に供給し、堆積させることにより高親和性領域Ａ１に選択的に圧電体層２０を形成する。
【００３１】
また、圧電体層２０の具体的組成としては、特に限定されるものではないが、上記のＰＺＴ以外にチタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ３）、ジルコニウム酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＺｒＯ３：ＰＬＺＴ）、マグネシウムニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＭＮ−ＰＴ）、マグネシウムニオブ酸ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｍｇ，Ｎｂ）(Ｚｒ，Ｔｉ)Ｏ３：ＰＭＮ−ＰＺＴ）、亜鉛ニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｎ，Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＺＮ−ＰＴ）、スカンジウムニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｓｃ，Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＳＮ−ＰＴ）、ニッケルニオブ酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｎｉ，Ｎｂ）ＴｉＯ３：ＰＮＮ−ＰＴ）、（Ｂａ１−ｘＳｒｘ）ＴｉＯ３（０≦ｘ≦０．３）、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、ＳｒＢｉ２Ｔａ２Ｏ９、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＫＮｂＯ３のうちの何れかであることが好ましい。例えば、マグネシウムニオブ酸ジルコニウム酸チタン酸鉛であれば、Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）０．１Ｚｒ０．５０４Ｔｉ０．３９６Ｏ３という組成が好適である。
【００３２】
圧電体層２０を形成すると、次に圧電体層２０上に上部電極（図示省略）を形成する工程が行われる。この上部電極は、圧電体層２０に電圧を印加するための他方の電極となり、導電性を有する材料、例えば白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、アルミニウム（Ａｌ）等で構成されている。アルミニウムを用いる場合、電蝕対策のため更にイリジウム等を積層する。以上の工程を経ることによって、圧電体層と、この圧電体層を挟んで配置される上部電極及び下部電極とからなる構造を有する圧電体デバイスが製造される。
【００３３】
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態による圧電体デバイスの製造方法を示す工程図である。図２（ａ）に示す通り、本実施形態においても第１実施形態と同様の方法で、基板１０上に絶縁層１２、バッファ層１４、及び下部電極１６を順に形成し、下部電極１６上の所定領域に自己組織化単分子膜１８ａを形成することで、高親和性領域（第１領域）Ａ１及び低親和性領域（第２領域）Ａ２を形成する。
【００３４】
次に、圧電体層２０の構成物質を含む材料の溶液をミストにして下部電極１６上に供給すると同時に、図２（ｂ）に示す通り下部電極１６上にイオンビームＩＢを照射してイオンビームアシスト法により圧電体層２０の形成を開始する。本実施形態においては、図２（ｃ）に示す通り、溶液をミストにして下部電極１６上に供給して圧電体層２０を形成している最中は、イオンビームＩＢを常時下部電極１６上に照射し続けている。イオンビームアシスト法を用いて圧電体層２０を形成することで、圧電体層２０の配向性を制御することができるため配向方向が揃ったものが得られるとともに、プロセス温度を低下させることができるため、より高い特性を有する圧電体層２０を形成することができる。
【００３５】
尚、以上の説明では、圧電体層２０の構成物質を含む材料の溶液をミストにして下部電極１６上に供給する場合を例に挙げて説明したが、レーザデポジション、スパッタ、ＣＶＤ法等を用いて圧電体層２０を構成する材料の気体やプラズマを下部電極１６上に供給し、堆積させる場合にもイオンビームアシスト法を用いることができる。また、本実施形態においては、イオンビームＩＢの照射により圧電体層２０の配向性を制御することができるため、下部電極１６の材料として白金（Ｐｔ）を用いることもできるが、結晶性等を考慮すると第１実施形態と同様にＳＲＯを用いて下部電極１６を形成することが好ましい。
【００３６】
［第３実施形態］
図３は、本発明の第３実施形態による圧電体デバイスの製造方法を示す工程図である。図３（ａ）に示す通り、本実施形態においても第１実施形態と同様の方法で、基板１０上に絶縁層１２、バッファ層１４、及び下部電極１６を順に形成し、下部電極１６上の所定領域に自己組織化単分子膜１８ａを形成することで、高親和性領域（第１領域）Ａ１及び低親和性領域（第２領域）Ａ２を形成する。
【００３７】
次に、第２実施形態と同様に、圧電体層の構成物質を含む材料の溶液をミストにして下部電極１６上に供給すると同時に、下部電極１６上にイオンビームＩＢを照射してイオンビームアシスト法により圧電体層の形成を開始する。本実施形態では図３（ｂ）に示す通りイオンビームアシスト法により第１層２０ａを形成し、次いで図３（ｃ）に示す通りイオンビームＩＢの照射を止めてミストの供給を継続して第２層２０ｂを形成する。
【００３８】
このように本実施形態では、第１層２０ａ及び第２層２０ｂからなる圧電体層を形成しているが、イオンビームＩＢの照射を止めて形成した第２層２０ｂは、面内配向された第１層２０ａの影響を受けて結晶成長するため、配向性が良好な層となる。よって、イオンビームの発生のために消費されるエネルギーを抑えつつ低コストで配向性が良好な膜を形成することができる。また、イオンビームアシストを止めて堆積する際には堆積中の薄膜がイオンビームによりエッチングされることがないので、本実施形態では圧電体層の形成に要する時間を短縮することができるという利点がある。
【００３９】
尚、レーザデポジション、スパッタ、ＣＶＤ法等を用いて圧電体層を構成する材料の気体やプラズマを下部電極１６上に供給し、堆積させる場合にも本実施形態を適用することができる。また、本実施形態においては、イオンビームＩＢの照射により形成開始時点における圧電体層の配向性を制御することができるため、下部電極１６の材料として白金（Ｐｔ）を用いることもできるが、結晶性等を考慮すると第１実施形態と同様にＳＲＯを用いて下部電極１６を形成することが好ましい。更に、以上の説明では、第１層２０ａ上に第２層２０ｂを形成する場合を例に挙げて説明したが、イオンビームアシストの実行及び停止を複数回繰り返すことにより、上記第１層及び第２層の上に、更にイオンビームアシスト法により面内配向に形成された層を含んでも良い。また、その上に更にイオンビームアシストを止めて堆積した層を含んでも良い。また、その上に更に上記と同様の層の繰り返しを含んでも良い。
【００４０】
［第４実施形態］
図４は、本発明の第４実施形態による圧電体デバイスの製造方法を示す工程図である。図４（ａ）に示す通り、本実施形態においても第１実施形態と同様の方法で、基板１０上に絶縁層１２、バッファ層１４、及び下部電極１６を順に形成し、下部電極１６上の所定領域に自己組織化単分子膜１８ａを形成することで、高親和性領域（第１領域）Ａ１及び低親和性領域（第２領域）Ａ２を形成する。
【００４１】
次に、圧電体層の構成物質を含む材料の溶液をミストにして下部電極１６上に供給し、図４（ｂ）に示す通り、圧電体層の前駆体２２を形成する。次いで、一定温度で一定時間乾燥させ、下部電極１６上に供給した溶液の溶媒を蒸発させる。乾燥温度は１５０℃以上、２００℃以下であることが好ましく、乾燥時間は５分以上、１５分以下であることが好ましい。乾燥後、更に大気雰囲気下において所定の高温で一定時間脱脂し、金属に配位している有機の配位子を熱分解させ、金属酸化物とする。
【００４２】
脱脂温度は３００℃以上、５００℃以下であることが好ましい。脱脂時間は５分以上、９０分以下であることが好ましい。脱脂温度を高めに設定すると、前駆体２２の中に多数の微結晶粒が生じやすい。これら溶液の供給、乾燥、脱脂の各工程を所定回数、例えば２回繰り返して２層からなる前駆体２２を積層する。これらの乾燥と脱脂処理により、溶液中の金属アルコキシドと酢酸塩とは配位子の熱分解を経て金属、酸素、金属のネットワークを形成する。
【００４３】
脱脂の後、図４（ｃ）に示す通り、前駆体２２に所定角度からイオンビームＩＢを照射して圧電体層２４を形成する。イオンビームＩＢの照射によって前駆体２２中の原子を所定の配列にすることができ、配向性が良好な圧電体層２４が得られる。尚、イオンビームＩＢの照射により原子の配列を制御することができる原理は必ずしも明らかではないが、イオンビームを所定の角度から照射することにより、ある金属原子は前駆体２２から弾き飛ばされ、ある金属原子は他の金属原子の陰に押しやられることにより、金属原子が所定の配列になるものと推測される。
【００４４】
尚、イオンビームを照射する際には、下部電極１６上に前駆体２２が形成された基板１０を基板ホルダーに装填して真空装置内に設置する。この真空装置には、例えば、Ｋａｕｆｆｍａｎイオン源等が備えられており、真空装置内の所定の位置にイオンビームを照射できるようになっている。尚、イオンビームとしては、特に限定されないが、例えば、アルゴン、ヘリウム、ネオン、キセノン、クリプトン等の不活性ガスの内の少なくとも一種のイオン、又は、これらのイオンと酸素イオンとの混合イオン等が挙げられる。
【００４５】
また、イオンビームＩＢの前駆体２２の表面の法線方向に対する照射角度は、特に限定されないが、３５〜６５°程度とするのが好ましい。特に、照射角度を４２〜４７°或いは５２〜５７°程度とするのがより好ましい。このような照射角度に設定して、イオンビームを前駆体膜の表面に照射することにより、正方晶（１００）配向で、かつ、面内配向性の良好な圧電体層２４を形成することができる。
【００４６】
［第５実施形態］
図５は、本発明の第５実施形態による圧電体デバイスの製造方法を示す工程図である。上述した第２〜第４実施形態は下部電極１６上の圧電体層の形成方法が第１実施形態と相違していたが、本実施形態では自己組織化単分子膜の形成方法が第１実施形態と相違する。本実施形態では、まず基板１０上に絶縁層１２、バッファ層１４、及び下部電極１６を順に形成する。次いで、図５（ａ）に示す通り、下部電極１６上に、表面修飾膜としての親液性の自己組織化単分子膜１８ｂからなる高親和性領域Ａ１を形成する。この高親和性領域Ａ１は、下部電極１６上における圧電体層２０の形成領域と同一領域にすることが好ましい。自己組織化単分子膜１８ｂの形成方法については、第１実施形態で説明した方法を適用することができる。
【００４７】
圧電体材料に対して高い親和性を有する自己組織化単分子膜１８ｂは、シランカップリング剤（有機珪素化合物）又はチオール化合物を用いて形成することができる。チオール化合物はメルカプト基（−ＳＨ）を持つ有機化合物（Ｒ１−ＳＨ）である。そして、メルカプト基又は−ＣＯＯＨを有する化合物は、他材料との親和性が高く、高親和性領域Ａ１を形成する自己組織化単分子膜１８ｂの材料として好適である。
【００４８】
次いで、図５（ｂ）に示す通り、下部電極１６の表面における自己組織化単分子膜１８ｂからなる高親和性領域Ａ１に圧電体層２０を形成する。この圧電体層２０の形成方法については、前述した第１〜第４実施形態で説明した形成方法と同様の形成方法を用いることができる。下部電極１６上に圧電体材料を供給すると、圧電体材料は自己組織化単分子膜１８ｂに引きつけられ、自己組織化単分子膜１８ｂ以外の部分からは弾き出される作用を受ける。従って、下部電極１６の全面に亘って圧電体材料を供給しても、また、高親和性領域Ａ１に圧電体材料を塗布しても、その圧電体材料は高親和性領域Ａ１全体に正確に充填されることとなる。
【００４９】
そして、下部電極１６上に酢酸系溶媒（圧電体材料の溶液）を付着させた後で、第１〜第４実施形態で説明した処理を下部電極１６上に付着した圧電体材料に施すことで、下部電極１６上に選択的に圧電体層２０を形成することができる。このように、本実施形態においても、エッチング工程を行うことなく下部電極１６上に所定平面形状の圧電体層２０を極めて簡便に形成することができる。
【００５０】
［第６実施形態］
図６は、本発明の第６実施形態による圧電体デバイスの製造方法を示す工程図である。本実施形態も第５実施形態と同様に、自己組織化単分子膜の形成方法が第１実施形態と相違する。本実施形態では、まず基板１０上に絶縁層１２、バッファ層１４、及び下部電極１６を順に形成する。次いで、図６（ａ）に示す通り、下部電極１６上に、圧電体材料に対して親和性の低い自己組織化単分子膜１８ａからなる低親和性領域Ａ２と、この自己組織化単分子膜１８ａより圧電体材料に対する親和性が高い自己組織化単分子膜１８ｂからなる高親和性領域Ａ１とを形成する。ここで、例えば、高親和性領域Ａ１は下部電極１６上における圧電体層２０の形成領域と同一の領域とし、低親和性領域Ａ２は圧電体層２０の形成領域を囲む領域とする。
【００５１】
また、下部電極１６における低親和性領域Ａ２の形成は、高親和性領域Ａ１の形成より前に行うことが好ましい。例えば、先に高親和性領域Ａ１（即ち自己組織化単分子膜１８ｂ）を形成し、その後に低親和性領域Ａ２（自己組織化単分子膜１８ａ）を形成する場合、低親和性領域Ａ２を形成するときに高親和性領域Ａ１に、低親和性領域Ａ２の構成材料等が侵入し易くなり、精密な領域パターンが形成しにくくなる。一方、先に低親和性領域Ａ２を形成した場合は、低親和性領域Ａ２には高親和性領域Ａ１の構成材料等も侵入しにくいので、より簡便にかつ高精度に所望パターンの低親和性領域Ａ２及び高親和性領域Ａ１を形成することができる。
【００５２】
次いで、図６（ｂ）に示す通り、下部電極１６の表面における自己組織化単分子膜１８ｂからなる高親和性領域Ａ１に圧電体層２０を形成する。この圧電体層２０の形成方法については、先の第１〜第４実施形態で説明した形成方法と同様の形成方法を用いることができる。下部電極１６の表面に圧電体材料を供給すると、圧電体材料は自己組織化単分子膜１８ｂには引きつけられ、自己組織化単分子膜１８ａからは弾き出される作用を受ける。従って、下部電極１６の全面に亘って圧電体材料を供給しても、また、高親和性領域Ａ１に圧電体材料を塗布しても、その圧電体材料は高親和性領域Ａ１全体に正確に充填されることとなる。
【００５３】
そして、下部電極１６上に酢酸系溶媒（圧電体材料の溶液）を付着させた後で、第１〜第４実施形態で説明した処理を下部電極１６上に付着した圧電体材料に施すことで、下部電極１６上に選択的に圧電体層２０を形成することができる。このように、本実施形態においても、エッチング工程を行うことなく下部電極１６上に所定平面形状の圧電体層２０を極めて簡便に形成することができる。
【００５４】
以上の第１〜第６実施形態では、高親和性領域Ａ１及び低親和性領域Ａ２を下部電極１６上に形成するに際して、所定の表面特性を与える自己組織化単分子膜１８ａ，１８ｂを用いた場合について説明したが、下部電極１６上に選択的に圧電体材料を配置し得る手段であれば、他の方法によって第１領域Ａ１及び第２領域を形成してもよい。例えば、酸素プラズマ処理により、下部電極１６の表面と圧電体材料との親和性を高める処理を行った後、下部電極１６上の所定領域にフッ素系化合物を選択的に形成すれば、このフッ素系化合物の形成領域を低親和性領域Ａ２とすることができ、残る領域を高親和性領域Ａ１とすることができる。或いは、プラズマ処理により下部電極１６上にフッ素系化合物を形成することで下部電極１６と圧電体材料との親和性を小さくした後、かかるフッ素系化合物に対して部分的に紫外線を照射することで、下部電極１６上の所望の領域に高親和性領域Ａ１を形成し、残る領域を低親和性領域Ａ２とすることもできる。
【００５５】
〈表面修飾膜の形成方法〉
次に、以上説明した本発明の第１〜第６実施形態において下部電極１６上に表面修飾膜として設けられる自己組織化単分子膜の具体的な形成方法について説明する。
【００５６】
《第１形成方法》
図７は、本発明の第１〜第６実施形態で用いられる自己組織化単分子膜の第１形成方法を示す模式断面図である。まず、図７（ａ）に示す通り、下部電極１６の上面にマスク材となるレジスト２６のパターンを形成する。このレジスト２６のパターンは、露光装置等でレジストをパターンニングするリソグラフィ方式、又はインクジェットノズル等から液状材料を下部電極１６上の所望部位に吐出する液滴吐出方式等によって形成することができる。また、レジスト２６のパターンは、図１に示す自己組織化単分子膜１８ａ（第２領域）又は、図５に示す自己組織化単分子膜１８ｂ（第１領域）に相当するパターン、即ち圧電体層２０の形成領域又はそれ以外の領域に相当するパターンとする。
【００５７】
その後、図７（ｂ）に示す通り、レジスト２６が形成された下部電極１６の表面全体に、自己組織化単分子膜１８を成膜する。この自己組織化単分子膜１８を形成するに際して、圧電体材料に対する親和性が下部電極１６より低い材料を用いることで自己組織化単分子膜１８ａを形成することができ、圧電体材料に対する親和性が下部電極１６より高い材料を用いることで、自己組織化単分子膜１８ｂを形成することができる。
【００５８】
自己組織化単分子膜１８は、ＣＶＤ法等の気相成長法によって形成しても良いし、スピンコート法又はディップ法等の液相を用いた方法によって形成することもできる。液相を用いる場合には、液体又は溶媒に溶解させた物質を使用する。例えば、液相を用いてチオール化合物からなる自己組織化単分子膜１８を形成するには、前述したチオール化合物を、ジクロロメタン、トリクロロメタン等の有機溶剤に溶かして０．１〜１０ｍＭ程度の溶液としたものを用いることができる。その後、図７（ｃ）に示す通り、下部電極１６上からレジスト２６を剥離する。このレジスト２６の剥離により、レジスト２６上に成膜されていた自己組織化単分子膜１８も下部電極１６上から剥離される。これにより、下部電極１６の表面において所望パターンの第１領域又は第２領域となる自己組織化単分子膜１８（１８ａ，１８ｂ）を形成することができる。
【００５９】
《第２形成方法》
図８は、本発明の第１〜第６実施形態で用いられる自己組織化単分子膜の第２形成方法を示す模式断面図である。まず、図８（ａ）に示す通り、下部電極１６の全面に亘って自己組織化単分子膜１８を成膜する。尚、下部電極１６の表面における一部領域にのみ自己組織化単分子膜１８を成膜するものとしてもよい。ここで、圧電体材料に対する親和性が下部電極１６より低い材料を用いることで自己組織化単分子膜１８ａ（第２領域）を形成することができ、圧電体材料に対する親和性が下部電極１６より高い材料を用いることで、自己組織化単分子膜１８ｂ（第１領域）を形成することができる。
【００６０】
その後、図８（ｂ）に示す通り、光Ｌを用いて不要な部分の自己組織化単分子膜１８を直接的に除去する。ここで、不要な部分とは、例えば自己組織化単分子膜１８が、圧電体材料に対して、下部電極１６より低い親和性を有するときは圧電体形成領域の部分であり、下部電極１６より高い親和性を有するときは圧電体形成領域以外の部分である。これにより、下部電極１６の表面において所望パターンの第１領域又は第２領域となる自己組織化単分子膜１８を形成することができる。
【００６１】
ここで、光Ｌを用いて自己組織化単分子膜１８を部分的に除去する場合、その光の波長は２５０ｎｍ以下であることが好ましい。波長２５０ｎｍ以下の光は、高エネルギーを有するため、自己組織化単分子膜１８の種類にかかわらず、その自己組織化単分子膜１８を除去することができるからである。尚、不要な部分の自己組織化単分子膜１８を除去する場合には、光Ｌに代えて電子線又はイオンビームを用いることもできる。また、光Ｌ又は電子線若しくはイオンビームによって自己組織化単分子膜１８を除去する代わりに、光Ｌ又は電子線若しくはイオンビームによって自己組織化単分子膜１８の表面特性を改質することとしてもよい。これにより、自己組織化単分子膜１８の圧電体材料に対する親和性を簡易に且つ高精度に制御することができる。
【００６２】
《第３形成方法》
図９は、本発明の第１〜第６実施形態で用いられる自己組織化単分子膜の第３形成方法を示す模式断面図である。まず、図９（ａ）に示す通り、所望のスタンプ（転写型）３０を作成する。このスタンプ３０は、シリコーンゴム又はポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等で形成することができる。このスタンプ３０における凸部の形状は、上記高親和性領域Ａ１又は低親和性領域Ａ２の形状と同一とする。スタンプ３０における凸部は、基材をエッチングして形成してもよい。或いは、基材をエッチングして凸部の反転形状を有する原盤を形成し、この原盤の形状をシリコーンゴム又は樹脂等に転写することで凸部を形成してもよい。また、例えばスタンプ３０として、マイクロコンタクトプリンティング（μＣＰ）用のスタンプを使用してもよい。その場合、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等でスタンプ３０を形成してもよい。
【００６３】
その後、図９（ｂ）に示す通り、スタンプ３０上に自己組織化単分子膜１８を成膜する。ここで、自己組織化単分子膜１８は、形成する高親和性領域Ａ１、低親和性領域Ａ２の別に応じて異なる材料を選択する。例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等で形成されたスタンプ３０を、自己組織化単分子膜を構成する物質を溶媒に溶かしてなる溶液に一旦漬け、その後スタンプ３０に付着した溶液を乾燥させることなどで、自己組織化単分子膜１８をスタンプ３０上に成膜する。
【００６４】
その後、図９（ｃ）に示す通り、スタンプ３０を下部電極１６上の所望部位に押し付けて、マイクロコンタクトプリンティング（μＣＰ）を行い、下部電極１６上に自己組織化単分子膜１８を転写する。マイクロコンタクトプリンティングは、凸版印刷の一種である。そして、図９（ｄ）に示す通り、スタンプ３０を下部電極１６から離間させることで下部電極１６上の所望部位に自己組織化単分子膜１８からなる領域（高親和性領域Ａ１又は低親和性領域Ａ２）が形成される。その後、スタンプ３０は再利用することができ、上記図９（ａ）から図９（ｄ）に示す工程を１つのスタンプ３０で繰り返し行うことができる。
【００６５】
この自己組織化単分子膜の形成方法では、スタンプ３０の表面と自己組織化単分子膜１８との密着性が、下部電極１６における低親和性領域Ａ２又は高親和性領域Ａ１が形成される部分と自己組織化単分子膜１８との密着性よりも弱くなるように、スタンプ３０、自己組織化単分子膜１８、及び下部電極１６それぞれの材質を選定することが好ましい。これにより、上記転写を良好に実行することが可能となる。また、この自己組織化単分子膜の形成方法では、スタンプ３０の表面と自己組織化単分子膜１８との密着性が、下部電極１６における低親和性領域Ａ２又は高親和性領域Ａ１が形成される部分と自己組織化単分子膜１８との密着性よりも弱くなるように、スタンプ３０、自己組織化単分子膜１８、又は、下部電極１６の温度制御をすることが好ましい。これにより、上記転写処理を良好に制御することが可能となる。
【００６６】
また、この自己組織化単分子膜の形成方法では、図９（ｃ）に示す通り、スタンプ３０を下部電極１６の表面に押し付けて自己組織化単分子膜１８を下部電極１６に接着させた後に、アブレーションさせて自己組織化単分子膜１８をスタンプ３０から剥離することが好ましい。具体的には、例えば、スタンプ３０を透明な部材で構成する。そして、スタンプ３０の裏面からの紫外線域のレーザ（例えばエキシマレーザ）のビームを照射することで、スタンプ３０とその上の自己組織化単分子膜１８との間にレーザ・アブレーションを発生させる。ここにいうレーザ・アブレーションとは、紫外線の範囲のビームを照射して、固体と膜との界面で、ビームの光吸収エネルギーによりガスなどを発生させ、その固体と膜とを分離する技術である。これにより、スタンプ３０から自己組織化単分子膜１８を良好に剥離することができる。
【００６７】
〔強誘電体デバイスの製造方法〕
次に、本発明の一実施形態による強誘電体デバイスの製造方法について説明する。強誘電体デバイスは、強誘電体層と、この強誘電体層を挟んで配置される上部電極及び下部電極とを備えた構造であり、上述した圧電体デバイスと類似の構造である。従って、本実施形態の強誘電体デバイスの製造方法は、基本的には上述した圧電体デバイスの製造方法と同様である。
【００６８】
つまり、本実施形態の強誘電体デバイスの製造方法は、まず基板上に絶縁層及びバッファ層を順に形成した後、ルテニウム酸ストロンチウム（ＳＲＯ）からなる下部電極を形成する工程を行う。次に、所定平面形状を有する強誘電体層を形成するために、下部電極の表面に強誘電体材料に対する濡れ性等が異なる複数の領域を形成する工程を行う。具体的には、強誘電体材料に対する親和性を有する第１領域と、この第１領域よりも強誘電体材料に対する親和性が低い第２領域とを形成する。
【００６９】
続いて、第１領域と第２領域との親和性の差に起因して生ずる各領域間で強誘電体材料の堆積速度の差及び下部電極との間の密着性の差を利用して強誘電体材料を選択的に成長させて、所定平面形状の強誘電体層を形成する工程を行う。強誘電体層の形成方法は、上述したように、ミスト法、ＣＶＤ法等、ミスト法とイオンビームアシスト法とを用いる方法、ＣＶＤ法等とイオンビームアシスト法とを用いる方法、強誘電体材料（強誘電体材料を含む溶液）を下部電極上に設けた後に脱脂を行い、その後イオンビームを照射する、などを用いることができる。その後、強誘電体層上に上部電極を形成する工程を行うことで、強誘電体層と、この強誘電体層を挟んで配置される上部電極及び下部電極とからなる構造を有する強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ）等の強誘電体デバイスが製造される。
【００７０】
但し、前述した圧電体デバイスの製造方法においては、圧電体層２０を電圧変位量（印加電圧に対する変形量）が大きな（１００）配向に形成していたが、強誘電体デバイスの場合には電圧変位量が小さい方が好ましい。このため、下部電極を（００１）配向又は（１１１）配向に形成し、強誘電体層も（００１）配向又は（１１１）配向とすることが好ましい。
【００７１】
尚、強誘電体層の材質としては、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３：ＰＺＴ）、ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ３）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、又はマグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ３）等を使用することができる。或いは、Ｓｒ、Ｂｉ、Ｔａを構成元素として有するＳＢＴを使用することもできる。
【００７２】
〔液滴吐出ヘッド〕
次に、本発明の一実施形態による液滴吐出ヘッドについて説明する。図１０は、本発明の一実施形態による液滴吐出ヘッドの分解斜視図であり、図１１は、本発明の一実施形態による液滴吐出ヘッドの主要部の一部を示す透視図である。図１０に示す液滴吐出ヘッド１００は、ノズル板１１０、圧力室基板１２０、振動板１３０、及び筐体１４０を備えて構成されている。
【００７３】
図１０に示す通り、圧力室基板１２０は、キャビティ１２１、側壁１２２、リザーバ１２３、及び供給口１２４を備えている。キャビティ１２１は、圧力室であってシリコン等の基板をエッチングすることにより形成されるものである。側壁１２２は、キャビティ１２１間を仕切るよう構成され、リザーバ１２３は、各キャビティ１２１にインク充填時にインクを供給可能な共通の流路として構成されている。供給口１２４は、各キャビティ１２１にインクを導入可能に構成されている。
【００７４】
図１１に示す通り、振動板１３０は、圧力室基板１２０の一方の面に貼り合わせ可能に構成されている。振動板１３０には前述した圧電体デバイスの一部である圧電体素子１５０が設けられている。圧電体素子１５０は、ペロブスカイト構造を持つ強誘電体の結晶であり、振動板１３０上に所定の形状で形成されて構成されている。ノズル板１１０は、圧力室基板１２０に複数設けられたキャビティ（圧力室）１２１の各々に対応する位置にそのノズル穴１１１が配置されるよう、圧力室基板１２０に貼り合わせられている。ノズル板１１０を貼り合わせた圧力室基板１２０は、さらに、図１０に示す通り、筐体１４０に填められて液滴吐出ヘッド１００を構成している。
【００７５】
図１２は、本発明の一実施形態による液滴吐出ヘッドの主要部の一部を示す断面図である。図１２に示す通り、振動板１３０は、絶縁膜１３１及び下部電極１３２を積層して構成され、圧電体素子１５０は圧電体層１５１及び上部電極１５２を積層して構成されている。下部電極１３２、圧電体層１５１、及び上部電極１５２によって圧電体デバイスが構成されている。
【００７６】
絶縁膜１３１は、導電性のない材料、例えばシリコン基板を熱酸化等して形成された二酸化珪素により構成され、圧電体層の体積変化により変形し、キャビティ１２１の内部の圧力を瞬間的に高めることが可能に構成されている。下部電極１３２は、圧電体層に電圧を印加するための上部電極１５２と対になる電極であり、ＳＲＯ（ルテニウム酸ストロンチウム）から構成されている。
【００７７】
圧電体層１５１は、前述したＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）等から形成されている。尚、圧電体層１５１をあまり厚くすると、層全体の厚みが厚くなり、高い駆動電圧が必要となり、あまり薄くすると、膜厚を均一にできず各圧電体素子の特性がばらついたり、製造工数が多くなり、妥当なコストで製造できなくなったりする。従って、圧電体層１５１の厚みは５００ｎｍ〜２０００ｎｍ程度が好ましい。また、上部電極１５２は、圧電体層に電圧を印加するための一方の電極となり、導電性を有する材料、例えば膜厚０．１μｍの白金、金等で構成されている。尚、表面弾性波素子やフィルタに用いる場合は、上記の材料のほかに、強誘電体ではないが圧電体であるＺｎＯを用いても良い。
【００７８】
この圧電体素子１５０は、前述した実施形態に示す製造方法を用いて製造される。従って、電気特性が良好であるとともに高い信頼性を有する多数の圧電体素子１５０を簡便な製造工程で製造することができる。また、圧電体素子１５０の圧電体層１５１を形成する際にエッチングを要しないため、作製される圧電体素子にエッチングのダメージが生じることが無く、優れた圧電特性を有する圧電体素子を備えた液滴吐出ヘッドを提供することができる。
【００７９】
〔電子機器〕
次に、本発明の一実施形態による電子機器について説明する。図１３は、本発明の一実施形態による電子機器としての表面弾性波センサの外観を示す斜視図である。図１３に示す通り、表面弾性波センサは基板２００を有するものであり、本実施形態の場合、この基板２００として、前述した方法により圧電体層が形成された基板が用いられている。即ち、図１に示し基板１０上に、絶縁層１２、バッファ層１４、及び下部電極１６を介して形成された圧電体層２０を備えた基板である。
【００８０】
基板２００の上面には、ＩＤＴ（インターデジタル型）電極２０１，２０２が形成されている。ＩＤＴ電極２０１，２０２は、例えばＡｌ（アルミニウム）又はＡｌ合金によって形成されたものである。また、ＩＤＴ電極２０１，２０２を挟むように、基板２００の上面には吸音部２０３，２０４が形成されている。吸音部２０３，２０４は、基板２００の表面を伝播する表面弾性波を吸収するものである。基板２００上に形成されたＩＤＴ電極２０１には電源２０５が接続されており、ＩＤＴ電極２０２には信号線が接続されている。
【００８１】
上記構成において、電源２０５からのＩＤＴ電極２０１への入力により基板２００の上面にて表面弾性波が励起される。この表面弾性波は、約５０００ｍ／ｓ程度の速度で基板２００上面を伝播する。ＩＤＴ電極２０１から吸音部２０３側へ伝播した表面弾性波は吸音部２０３で吸収されるが、ＩＤＴ電極２０２側へ伝播した表面弾性波のうち、ＩＤＴ電極２０２のピッチ等に応じて定まる特定帯域の表面弾性波は電気信号に変換されて、信号線を介して端子２０６ａ，２０６ｂに取り出される。尚、上記の特定帯域以外の成分の表面弾性波は、大部分がＩＤＴ電極２０２を通過して吸音部２０４に吸収される。このような表面弾性波センサは、外部環境の変化に極めて敏感に反応する。すなわち、温度や外力、ガス吸着等により表面弾性波の伝搬速度が変化し、電気信号としてその変位を出力することが可能になっている。
【００８２】
上記構成の表面弾性波センサは、基板２００に形成された圧電体層が前述した実施形態の製造方法により形成されており、圧電体層が所望の向きに結晶配向が揃った高い結晶性を有している。また、その製造が容易であり、かつ圧電体パターンの形成に際してエッチングを要しないことから、圧電体層にエッチングのダメージが無い。従って、優れた表面弾性波特性を得ることができる。
【００８３】
次に、本発明の他の実施形態による電子機器について説明する。図１４は、本発明の他の実施形態による電子機器としての強誘電体メモリの構成を示す断面図である。強誘電体メモリは、不揮発性半導体記憶装置の一種である。情報の記憶の最小単位は、メモリセルであり、例えば一つのトランジスタと一つのキャパシタ部分が組み合わされてメモリセルが構成されている。このような複数のメモリセルが並べられてメモリアレイが構成される。この場合、複数のメモリセルは規則正しく、複数行複数列で並べることができる。
【００８４】
図１４に示す強誘電体メモリは、半導体ウェハ等の基板３００上にメモリセルの一部をなすトランジスタ３０１が形成されている。このトランジスタ３０１は、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）であり、ドレイン３０２、ソース３０３、及びゲート電極３０４を含んで構成されている。ドレイン３０２に接続される電極３０５は不図示のビット線に接続され、ゲート電極３０４は不図示のワード線に接続されている。また。ソース３０３に接続される電極（プラグ）３０６は強誘電体メモリ素子のキャパシタ部分の第１電極３０７に接続されている。尚、各メモリセルは、ＬＯＣＯＳ(Local Oxidation of Silicon)３１０で分離され、トランジスタ３０１上にはＳｉＯ２等からなる層間絶縁膜３１１が形成されている。
【００８５】
第１電極３０７上には強誘電体層３０８が形成されており、強誘電体層３０８上には第２電極３０９が形成されている。上記第１電極３０７、強誘電体層３０８、及び第２電極３０９によりキャパシタ部分が構成されている。第１電極３０７は、ＳＲＯ（ルテニウム酸ストロンチウム）から形成されており、強誘電体層３０８はＰＺＴ等から形成され、第２電極３０９は白金、金等で構成されている。このキャパシタ部分は前述した本発明の実施形態による強誘電体デバイスの製造方法を用いて形成される。
【００８６】
尚、以上の説明では、本発明に係る製造方法を用いて製造した圧電体デバイスを備えた電子機器として表面弾性波センサを例に挙げて説明したが、本発明の電子機器は表面弾性波センサに限られる訳ではなく、圧電アクチュエータ、薄膜コンデンサ、周波数フィルタ、光学導波管、光学記憶装置、空間光変調器等の各種の電子機器が含まれる。
【００８７】
更に、本発明に係る製造方法を用いて製造した圧電体デバイス又は強誘電体デバイスを備えた電子機器は、ノート型コンピュータ、携帯電話、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）及びエンジニアリング・ワークステーション（ＥＷＳ）、ページャ、ＰＤＡ（Personal Data Assistace）、ワードプロセッサ、テレビ、ビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、ＰＯＳ端末、ゲーム機器及びその周辺装置、並びに、可搬性のあるメモリ等の種々の電子機器が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１実施形態による圧電体デバイスの製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明の第２実施形態による圧電体デバイスの製造方法を示す工程図である。
【図３】本発明の第３実施形態による圧電体デバイスの製造方法を示す工程図である。
【図４】本発明の第４実施形態による圧電体デバイスの製造方法を示す工程図である。
【図５】本発明の第５実施形態による圧電体デバイスの製造方法を示す工程図である。
【図６】本発明の第６実施形態による圧電体デバイスの製造方法を示す工程図である。
【図７】本発明の第１〜第６実施形態で用いられる自己組織化単分子膜の第１形成方法を示す模式断面図である。
【図８】本発明の第１〜第６実施形態で用いられる自己組織化単分子膜の第２形成方法を示す模式断面図である。
【図９】本発明の第１〜第６実施形態で用いられる自己組織化単分子膜の第３形成方法を示す模式断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による液滴吐出ヘッドの分解斜視図である。
【図１１】本発明の一実施形態による液滴吐出ヘッドの主要部の一部を示す透視図である。
【図１２】本発明の一実施形態による液滴吐出ヘッドの主要部の一部を示す断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態による電子機器としての表面弾性波センサの外観を示す斜視図である。
【図１４】本発明の他の実施形態による電子機器としての強誘電体メモリの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０……基板
１２……絶縁層
１４……バッファ層
１６……下部電極
１８……自己組織化単分子膜（表面修飾膜）
１８ａ……自己組織化単分子膜（表面修飾膜）
１８ｂ……自己組織化単分子膜（表面修飾膜）
２０……圧電体層
２０ａ……第１層
２０ｂ……第２層
２２……前駆体
２４……圧電体層
２６……レジスト（マスク層）
３０……スタンプ（転写型）
Ａ１……高親和性領域（第１領域）
Ａ２……低親和性領域（第２領域）
ＩＢ……イオンビーム
Ｌ……光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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